Здравствуйте.
Обращаюсь к специалистам по газу. Точнее по расчету выбросов газового оборудования.
Проблема в следующем.
В «МЕТОДИКЕ ПО РАСЧЕТУ УДЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВЫБРОСАХ (СБРОСАХ) В АТМОСФЕРУ (ВОДОЕМЫ) НА ОБЪЕКТАХ ГАЗОВОГО ХОЗЯЙСТВА», О А О « Г И П Р О Н И И Г А З », 1996
Приводится зависимость определения выбросов при проведения ремонтных и профилактических работ, связанных с разгерметизацией оборудования и приборов ГРП.
Если дословно, то:
«Удельное количество газа, которое попадает в атмосферу при продувке оборудования ГРП и в процессе настройки на заданный режим Vпр.об, г/с, определяется по формуле
V пр.об = 2,5*d*d*(Ра+Рг)/(273+tг)*Корень.кв.(Рг*r)
где d - диаметр свечи, через которую производится продувка, м;
tг –температура газа, градусы С
r - плотность газа, кг/м3.
Ра и Рг давление атмосферное и газа, соответственно.
Время продувки ориентировочно составляет 0,2 - 0,5 часа.»
Результаты расчета немножко смущают.
Даже если допустить (не знаю действующих требований и регламентов), что продувка осуществляется после сработки давления в трубопроводе до 120 000 Па, то определенная через полученные выбросы их скорость выхода из свечи близка к скорости звука (903, 5 м/с).
Вряд ли это так, хотя бы потому, что (то ли из-за рассеянности операторов , то ли по неизвестному мне регламенту) при продувке при несколько большем давлении в газопроводе, «шипящая» из свечи струя газа будет переходить звуковой барьер.
Не кажется ли Вам подозрительным участие в формуле суммы давлений (Ра+Рг)?
Исходя из «чабанской» логики на скорость(расход) выбросов действовать должна разница давлений а не их сумма.
Или все дело в единицах измерения давления?
Может все-таки это г, а не г/с?
Кто квалифицированно подскажет?
Заранее благодарен.
Vol,
В этой формуле и с размерностями не все понятно. Какой физический смысл имеет квадратный корень из произведения давления на плотность? И где этот корень - в числителе или в знаменателе?
Вряд ли эта формула будет выражать массу выброшенного газа. В противном случае в формулу должны входить геометрические параметры (длина, высота, ширина) или объем.
С другой стороны, чтобы формула приводила к расчету выброса в единицу времени (г/с), тогда в нее должен входить член (или коэффициент) учитывающий падение давления в системе за единицу времени, например, за 1 час.
Подобную формулу c использованием таких коэффициентов я встречал в методике расчета выбросов из нефтехимического оборудования.
В знаменателе только (273+tг).
В отношении коэффициента - быть может основная доля выбросов происходит при регулировке оборудования, а объемы трубопроводов входящие в узел (соединяющие его части) приняты одинаковыми - и все это может "сидеть" в 2.5.
Vol, Скорее всего эта формула - эмпирическая, т.е. полученная экспериментально (как и большинство формул в методиках выбросов газов). Поэтому нет смысла ее излишне теоретизировать. А в участии в формуле суммы давлений (Ра+Рг) ничего подозрительного нет. По сравнению с давлением, допустим в свече, атмосферное давление приблизительно постоянно. Например, в формуле расчета выбросов при продувках, ьуказанной в "МЕТОДИКЕ РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ОТ НЕОРГАНИЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ НЕФТЕГАЗОВОГО БОРУДОВАНИЯ" атмосферное давление вообще не учитывается, а в знаменателе стоит только величина Р (абсолютное рабочее давление в аппарате). А единицой измерения выброса принимается г/с.
Usak, вопрос не в том, каково происхождение формулы, а в правдоподобности получаемых результатов.
В частности с трудом представляю себе ГРП в жилой зоне со свечой сбрасывающей газ скорость выхода которого сопоставима со скоростью звуа.
Не особо силен в физике, но свист, по моему, должен быть не слабый.
|
"Допустим 1000 г газа выходит из отверстия диаметром 1 см2, то какова скорость выброса?"
Плотность газа 0,72 кг/м3, следовательно через Ваш 1 см2 (0,0001 м2) ежесекундно выходит 1/0,72=1.39 м3 газа со скоростью 1,39/0,0001=13900 м/с. (больше второй космической скорости, однако).
Я с трудом представляю себе подобные мероприятия (выбросы) с такими скоростями бесшумными. Во всяком случае, все мы знаем что прозвучит если ткнуть в автошину шилом.
Здесь же, мне кажется, свист будет посущественнее.
Теперь о запредельных скоростях.
Не знаю как долго (не аэродинамик) но определенное расстояние струя выбрасываемого газа будет продолжать двигаться со скоростью превышающей скорость звука.
Очевидно при движении струи будут создаваться некие звуковые колебания (назовем их «чуть слышным шорохом»). При движении струи с превышением скорости звука всегда будет создаваться зона, куда этот шорох будет «приходить» из многих точек одновременно и он, не исключено, будет не таким уж «чуть слышным».
Если же эта скорость будет падать на коротком участке, то с трудом себе представляю, что будет твориться вокруг свечи (завихрения по моему должны быть сумасшедшими).
В общем, что-то не так. То ли у меня в голове, то ли в формуле.
|
Что-то непонятно. Если в секунду выходит 1,39 м3 газа, то значит Вы априори утверждаете, что за ту же самую секунду отверстие свечи покидает 1 кг этого газа. Из чего следует это предполождение?
И почему за 1 сек., а не за половину секунды?
|
Для Ultra
Это был ответ на вопрос предыдущего поста
Usak спрашивал :
«И потом, как пересчитать количество выброса, выраженное в г/с на скорость его выхода в м/с? Допустим 1000 г газа выходит из отверстия диаметром 1 см2, то какова скорость выброса? «
Возможно это был пример оторванный от действительности, хотя и не так уж далеко (см. далее).
Но для меня беда в том, что при применении обсуждаемой формулы (см. первый пост), при давлении газа 0,6 мПа, диаметре свечи 0,02 м, температуре газа 16 град., плотности газа 0,72 кг/м3 выбросы газа равны 1592 г/с и 7042 м/с соответственно.
Ну не могу поверить, что при настройках газового оборудования скорость выхода газа из свечи приближается к ПЕРВОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ
Vol,
Попробуйте применить в формуле разность давлений: давления газа и атмосферного давления (Рг - Ра).
Надо посчитать, а потом проанализировать, что правдоподобней.
В конце-концов при таком давлении газа (6 атм) и скорости истечения струи газа из свечи ничего удивительного нет, что данная свеча будет стремиться покинуть пределы Земли.
P.S. При условии естественно ничтожно малого веса самой свечи.
Вариантов много.
Разность давлений -это, на мой взгляд требование логики. но поскольку здесь вероятнее всего эмпирика то может быть что угодно.
А вот выражение плотности в т/м3 или в г/см3 дало бы не такие устрашаюшие результаты.
Может кто-нибудь подскажет источники с иными формулами на эту тему, или приведет их(формулы)?
|
Как известно, скорость ламинарного потока в трубе обратно пропорциональна ее диаметру. Поэтому непосредственно на выходе из трубы (в данном случае из свечи), при заданном давлении, скорость истекающей газовой струи будет тем больше, чем меньше диаметр выходного отверстия. После выхода струи в атмосферный воздух, ее скорость будет уменьшаться обратно пропорционально расстоянию. Поэтому не исключено, что данная формула правильно показывает такие большие скорости. А по поводу методик расчета выбросов, у меня есть МУ по расчету выбросов попутного газа на факельных установках. Там параметры приблизительно те же (скорость ГВС, температура, диаметр сопла и т.д.) может быть там будет что-то полезное.
Vol,
Действительно, для проверки можно попробовать рассчитать выбросы метана из свечи по "МУ по расчету выбросов попутного газа на факельных установках".
Объемный расход W (м3/с) и скорость истечения U (м/с), сжигаемого на факельной установке попутного нефтяного газа измеряется экспериментально, либо, при отсутствии прямых измерений, W рассчитывается по формуле:
W=0.785•U•dо2,
где U - скорость истечения ПНГ из выходного сопла факельной установки, м/с (по результатам измерений);
dо - диаметр выходного сопла, м (по проектным данным факельной установки).
При отсутствии прямых измерений скорость истечения U принимается в соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации факельных систем" 1992г., равной:
- при постоянных сбросах:
U=0.2•Uзв
- при периодических и аварийных сбросах:
U=0.5•Uзв,
где Uзв - скорость распространения звука в ПНГ.
С учетом этого формула будет иметь вид:
W=0.785•(0,2-0,5)Uзв•dо2
Попробовав подставить в формулы скорость звука в метане и диаметр свечи, можно попытаться вывести объемный выброс природного газа из свечи, а потом получить массовый выброс в г/с.
|
В принципе правильно. А скорость звука в метане можно взять из табличного значения, приведенного в этой же методике. При молярной массе метана 16 и температуре 20 С она будет равняться 460 м/с. При увеличении средней молярной массы газа, вследствие наличия в нем этана, пропана и т.д, она будет уменьшаться до 320 м/с (в чистом этане).
«Поэтому не исключено, что данная формула правильно показывает такие большие скорости»
Usak, такие скорости не могут быть в принципе, иначе к свечам ГРП предъявлялись бы почти такие же требования как к дюзам ракетных двигателей, что вероятнее всего не так.
Кстати,
из ссылок "Правил устройства и безопасной эксплуатации факельных систем" 1992г, приведенных Ultra:
»- при постоянных сбросах:
U=0.2•Uзв
- при периодических и аварийных сбросах:
U=0.5•Uзв»,
тоже очевидно, что штатные скорости истечения выбрасываемого газа не превышают скорость звука, не говоря уж о первой космической.
Нашел в Интернете http://www.anre.md/rus/norme/docs/metodologia_pierderi_distributie.doc
«Методологию расчета расхода природного газа на технологические нужды и технические потери в распределительных сетях» Молдова, 2001г
«........Потери газа при продувке оборудования ГРП в процессе его настройки
определяются по формуле:
V = 28,4 x d2 x Tпр x (B + Pг)/( 273 + tг)x Кв.корень (Pг/( Rг x g)) ,
где
V - объем газа, расходуемого при продувке оборудования ГРП, м3;
d - диаметр продувочного трубопровода, м;
Tпр - продолжительность продувки в ч ориентировочно составляет 0,2-
0,5 ч., в зависимости от емкости оборудования ГРП;
B - барометрическое давление, Па ;
Pг - давление газа в газопроводе при продувке, Па;
tг - температура газа, град. С;
Rг - плотность газа, кг/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
28,4 - числовой коэффициент, учитывающий размерность входящих в
уравнение параметров, град. К/Па.
........»
Скорость истечения газа из свечи при исходных данных предыдущего примера – 71м/с.
Теперь все вроде бы на своих местах, за исключением ссылки на российский источник.
Ultra, Usak – спасибо за участие.
До свидания.
Существует такое понятие как критическая скорость, поэтому для рассчёта скорости опрожнения участка ГП следует использовать формулу:
Критическая скорость истечения wкр м/с (2*к*В4*R*(t1+273)/(к+1))^0,5
Показатель адиабаты к -
Газовая постоянная R Дж/кг*К
Коэффициент сжимаемости В4 -
Температура газа перед клапаном t1 оС
Таким образом, если скорость газа на срезе свечи больше критической скорости выброса, то в расчёте учитывается скорость выброса, равная критической, если скорость газа на срезе свечи меньше критической скорости выброса, то в расчётах учитывается скорость выброса, равная скорости газа на срезе свечи.
1. Сборник задач по гидравлике и газодинамике для нефтяных вузов. под. ред. Г.Д.Розенберга, М 1990
2. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика М. 1987